презентацию - Институт прикладной астрономии РАН

Российская академия наук
Институт прикладной астрономии
Безруков И.А., Михайлов А.Г. к.т.н., Сальников А.И.
к.т.н
Предварительное тестирование
высокоскоростного протокола обмена
данными на РСДБ-комплексе
«Квазар-КВО»
Санкт-Петербург, 2008
Российская академия наук
Институт прикладной астрономии
Абстракт
В данной статье представлены:
1.
2.
3.
4.
результаты предварительных экспериментальных
исследований по организации высокоскоростной передачи
данных в режиме е-РСДБ.
Проведено сравнение стандартных средств передачи данных
и специализированного протокола Tsunami.
Приводятся рекомендации по увеличению скорости передачи
данных, основанные на механизме уменьшения количества
ошибок возникающих в канале связи при передаче данных.
Делается вывод о возможности использования тестируемого
протокола Tsunami, как базового приложения передачи
данных в режиме реального времени.
2
Российская академия наук
Институт прикладной астрономии
Структурная схема РСДБ реального времени
Обсерватория 1
Обсерватория 2
База наблюдений
Водородный
стандарт частоты
МШУ
Гетеродин
Система записи
Водородный
стандарт частоты
МШУ
Часы
Гетеродин
Устройство
синхронизации хаписи
Система записи
Ethernet
Часы
Устройство
синхронизации хаписи
Ethernet
Маршрутизатор
Маршрутизатор
Магистральные ВОЛС
Ethernet
Система
воспроизведения
Коррелятор
Система
воспроизведения
Корреляционная обработка
3
Российская академия наук
Институт прикладной астрономии
Алгоритм обмена данными
В качестве общей схемы передачи данных предлагается
использовать алгоритм, при котором передача начинается после
завершения записи первого скана и осуществляется параллельно с
продолжением наблюдений (за время переключения антенны на
другой источник). Такой способ позволяет начать корреляционную
обработку до завершения сеанса наблюдений, сократив время от
момента приема данных наблюдений до получения результатов.
4
Российская академия наук
Институт прикладной астрономии
Задача исследования
Основной задачей исследования являлась оценка
возможности использования протокола Tsunami по обеспечению
заданных временных параметров, при определении поправок
Всемирного времени UT1 (5 часов).
В качестве инструмента позволяющего исследовать
цифровой канал связи использовалась утилита iperf. Передача
данных осуществлялась высокоскоростным протоколом Tsunami.
5
Российская академия наук
Институт прикладной астрономии
Тестирование канала связи
iperf позволяет определить следующие параметры:
1. полосу пропускания (пропускную способность)
канала связи;
2. среднее значение задержки передачи пакетов;
3. джиттер –среднее отклонение каждой отдельной
задержки передачи пакетов от среднего
значения;
4. долю потерянных или искаженных пакетов;
5. размер MSS TCP общий для всего цифрового
канала связи;
6
Российская академия наук
Институт прикладной астрономии
Протокол Tsunami
Архитектура клиент - серверного приложения Tsunami.
Клиент
Сервер
Очередь повторной
передачи
Данные (UDP)
Сетевой поток
Управляющий поток
Контроль (TCP)
Буфер приложения
Массив данных
Поток записи
данных
Массив данных
7
Российская академия наук
Институт прикладной астрономии
Протокол Tsunami
Протокол Tsunami позволяет создавать соединение, задавая
следующие параметры:
1. выбирать версию протокола IPv4 или IPv6;
2. размер передаваемого пакета;
3. скорость передачи данных;
4. порог ошибок;
5. интервал вычисления ошибок передачи;
6. максимальный размер очереди повторной передачи;
7. максимальное количество вхождений в буфер
приложения;
8. размер UDP буфера;
9. интервал между периодами обновления информации
об ошибках.
8
Российская академия наук
Институт прикладной астрономии
Структурная схема эксперимента
Рабочая станция буферизации
OC: Linux
(2.6.18-6)
CPU: 2*Xeon
1.6GHz
Коммутатор c3550
RAM: 2 GB
ВОЛС, Академическая сеть 100Mbps
RAID 0: 2SATA
120GB
Eth: 1Gbps
VLBI Correlator Bonn
(Германия)
MIT Haystack Observatory
(Бостон)
маршрутизатор c2801
internet
ИКИ РАН
(Москва)
9
Российская академия наук
Институт прикладной астрономии
Сравнение протоколов передачи данных
Зависимость скорости передачи данных от времени для
протокола FTP между площадками ИПА РАН. Объем данных
100 MB
v,Mbps
Cредняя скорость передачи данных 17Mbps
100
80
60
40
20
0
1
8
15
22
29
36
43
50
57
t,s
10
Российская академия наук
Институт прикладной астрономии
Зависимость скорости передачи данных от времени для
протокола SFTP между площадками ИПА РАН. Объем
данных 100 MB
Средняя скорость передачи данных 16Mbps
50
v,Mbps
40
30
20
10
0
1
9
17
25
33
41
49
57
65
73
81
t,s
11
Российская академия наук
Институт прикладной астрономии
Зависимость скорости передачи данных от времени для
протокола Tsunami между площадками ИПА РАН. Объем
данных 100 MB
v,Mbps
Средняя скорость передачи данных 47Mbps
60
50
40
30
20
10
0
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
t,s
12
Российская академия наук
Институт прикладной астрономии
Тестирование пропускной способности канала
связи между Санкт-Петербургом (ИПА РАН) и
Москвой (ИКИ РАН)
Предварительно с помощью приложения iperf была установлена
пропускная способность канала и размер пакета
Зависимость количества потерянных и искаженных пакетов в полосе пропускания
55 Mbps от размера передаваемого пакета.
Размер пакета (byte)
Направление обмена
пакетами
Количество потерянных
пакетов от всех пакетов
(%)
Количество искаженных
пакетов, шт.
1430
1460
1470
передача
прием
передача
прием
передача
прием
0,012
0,62
0,011
0,72
0,026
0,74
1
1
1
1
1
1
13
Российская академия наук
Институт прикладной астрономии
Зависимость скорости передачи данных Санкт-Петербург –
Москва(ИКИ РАН) от времени для заданных параметров
протокола Tsunami (blocksize=1430 byte, rate=55Mbps,
data=100MB)
Cредняя скорость передачи данных 49.78Mbps за 20.73 s
v,Mbps/error*10-2
60
50
40
скорость
30
ср. скорость
20
ошибки
10
0
00:00
00:05
00:10
00:15
00:20
t,s
14
Российская академия наук
Институт прикладной астрономии
Тестирование пропускной способности
канала связи между Санкт-Петербургом
(ИПА РАН) и Бостоном (Хайстэк)
Зависимость количества потерянных и искаженных пакетов в полосе пропускания
56 Mbps от размера передаваемого пакета.
Размер пакета (byte)
1430
1460
1470
Направление обмена
пакетами
передача
прием
передача
прием
передача
прием
Количество потерянных
пакетов от всех
пакетов (%)
0,065
0,99
0,073
0,0042
0,058
0,0014
Количество искаженных
пакетов, шт.
2
1
1
1
4
1
15
Российская академия наук
Институт прикладной астрономии
Зависимость скорости передачи данных от времени. СанктПетербург - MIT Haystack. Tsunami (blocksize=1430 byte,
rate=56Mbps, data=100MB)
Cредняя скорость передачи данных 37,21Mbps за 23 s
v,Mbps/error*10-2
60
50
скорость
40
ср. скорость
30
ошибки
20
10
0
00:00
00:03
00:05
00:08
00:10
00:18
00:21
t,s
16
Российская академия наук
Институт прикладной астрономии
Зависимость скорости передачи данных от времени. СанктПетербург - MIT Haystack. Tsunami (blocksize=1460, rate=56M,
data=500MB)
Cредняя скорость 55,19Mbps за 76 s
v,Mbps/error*10-2
70
60
50
скорость
40
ср. скорость
30
ошибки
20
10
0
00:00
00:09
00:17
00:26
00:34
00:43
00:51
01:00
01:08
t,s
17
Российская академия наук
Институт прикладной астрономии
Заключение
1. Протокол Tsunami может быть использован как базовое приложение для
организации режима е-РСДБ на РСДБ-комплексе «Квазар-КВО» при
определении поправок Всемирного времени UT1 для спутниковой
навигационной системы ГЛОНАСС.
2. При организации ограниченной временными рамками высокоскоростной
передачи данных протоколом Tsunami, следует комплексно исследовать канал
связи, например, утилитой iperf. С целью определить максимальный размер
пакета, передаваемого без фрагментации и величину пропускной способности
цифрового канала в которой пакеты передаются без потерь и искажений.
3. Определяемые параметры цифровых каналов: размер пакета и пропускная
способность индивидуальны для каждого соединения и при внесение любых
изменений в существующий цифровой канал, замена оборудования или
изменение маршрута прохождения пакетов, требуют повторного определения.
4. Для протестированного канала связи между Санкт-Петербургом и Хайстэком
были определены оптимальные значения размера пакета(1460 байт) и
пропускная способность канала(56 Мбит/с). При этом была достигнута средняя
скорость передачи данных в 55.19 Мбит/с, практически полностью
18
задействовав имеющийся канал.
Российская академия наук
Институт прикладной астрономии
Спасибо за внимание
19